Brasilialainen Nostoc sp. CENA543 –syanobakteeri ja sen tuottamat bioaktiiviset aineet

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201712195967
Title: Brasilialainen Nostoc sp. CENA543 –syanobakteeri ja sen tuottamat bioaktiiviset aineet
Author: Heinilä, Lassi Matti Petteri
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Thesis level: master's thesis
Abstract: Syanobakteereita eli sinileviä kasvaa runsaasti kaikkialla maapallolla erilaisissa ympäristöis-sä maalla, vedessä ja symbiooseissa muiden organismien kanssa. Syanobakteerit ovat maailman historian ensimmäisiä oksygeenisiä fotosynteettisiä organismeja ja monet pystyvät myös sitomaan ilmakehän typpeä, jonka vuoksi ne ovat tärkeitä alkutuottajia monissa ekosysteemeissä. Parhaiten syanobakteerit tunnetaan arkipuheessa kuitenkin niiden myrkyl-lisyyden takia. Syanobakteerit tuottavat lukemattomia bioaktiivisia aineita, joista monet ovat muille organismeille myrkyllisiä. Näiden aineiden joukosta on löydetty myös mahdollisuus uusien lääkeaineiden kehittämiseen. Suuri osa näistä bioaktiivisista aineista tuotetaan ei-ribosomaalisen peptidisynteesin ja polyketidisynteesin kautta. Nostoc sp. CENA543 on Brasilian Pantanal-kosteikolta eristetty syanobakteeri, jonka huomattiin tuottavan maksamyrkyllistä nodulariinia, bioaktiivisia anabaenopeptiinejä ja aikai-semmin tuntematonta peptidiä. Tässä työssä selvitettiin tuon aikaisemmin tuntemattoman peptidin kemiallinen rakenne, tuotantomäärä, sen tuotantoon käytettyjen geenirykelmien toiminta ja trypsiini entsyymiaktiivisuuden inhibitiovoimakkuus. Lisäksi tutkittiin nodulariinin määrä sekä nodulariinin ja anabaenopeptiinin tuotantoon käytettujä biosynteesigeenejä. Eräänä tutkimuskohteena oli myös optimaalisten kasvatusolosuhteiden tutkiminen. Uuden yhdisteen kemiallisen rakenteen selvittämisessä käytettyjä keskeisimpiä mene-telmiä olivat nestekromatografia ja massaspektrometria. Uuden yhdisteen, nodulariinin ja anabaenopeptiinien biosynteesigeenien tutkimisessa käytettiin DNA:n eristystekniikoita ja bioinformatiikan menetelmiä, esimerkiksi AntiSMASH, BLAST, Artemis ja BioEdit -ohjelmia. Kasvatusolosuhteita tutkittiin erilaisilla kasvatusalustoilla. Yhdisteiden bioaktiivisuutta tutkittiin kiekkodiffuusiotesteillä ja trypsiini-inhibitiota Kawabatan entsyymiaktiivisuusmetodilla. Työn tuloksena todettiin Nostoc sp. CENA543-kannan tuottavan nodulariinia selvästi myrkyllisinä määrinä. Uuden, spumigiineja läheisesti muistuttavan peptidiryhmän nimeksi annettiin pseudospumigiinit. Pseudospumigiineja löydettiin kuusi eri varianttia, joista selvästi suurin tuotto oli Pseusospumigiini A:lla, jonka rakenne on Hpla-D-Hty-L-Ile-Argininaali ja massa 612,4 Da. Nodulariinin ja anabaenopeptiinien biosynteesigeenit vastasivat rakenteil-taan Nodularia spumigena CCY9414 vastaavia geenejä. Pseudospumigiinin biosynteesigee-nit muistuttivat huomattavasti Nodularia spumigena CCY9414 – kannan spumigiinin biosyn-teesigeenejä. Adenylaatiodeomeenin substraattispesifisyyden muutos ja kolmen ja kolmen muun geenin deleetio selittäisi pseudospumigiinin ja spumigiinin eron.Cyanobacteria, also referred as blue-green algae, are abundant everywhere on earth inhabi-ting terrestrial and marine environments and living in symbiosis with several other organisms. Cyanobacteria were the first oxygenic photosynthetic organisms on earth and many species are also capable of fixing atmospheric nitrogen which makes them important primary produ-cers in many ecosystems. Cyanobacteria are nevertheless best known for producing toxic compounds. Cyanobacteria produce a variety of bioactive compounds including toxic ones. Some of these compounds have a potential as drugs. Most of these compounds are produ-ced by nonribosomal peptide synthetases and polyketide synthases. Nostoc sp. CENA543 is a cyanobacteria isolated from Brazilian wetland Pantanal. The strain was found to produce hepatptoxic nodularin, bioactive anabaenopeptins and a pre-viously unkown peptide. In this work the chemical structure and the biosynthetic gene cluster of the unkown peptide were characterized. Amount of produced nodularin was measured and biosynthetic genes of nodularin and anabaenopeptins were examined. Also the optimal growth conditions for the strain were studied. Essential methods applied in this work were liquid cromatography and mass spectromet-ry. To examine the biosynthetic genes DNA extraction methods and bioinformatic tools such as AntiSMASH, BLAST, Artemis and BioEdit were applied. The growth conditions were in-vestigated on different growth media. Bioactivity of the compounds were examined on disc diffusion assays and with the Kawabata method for enzyme activity. The results of this study show that Nostoc sp. CENA543 produces toxic amounts of no-dularin. The novel peptide group was named pseudospumigins. Six variants of pseudospu-migins were observed, the main variant being pseudospumigin A. Amino acid sequence of pseudospumigin A is Hpla-D-Hty-L-Ile-Argininal with mass of 612,4 Da. Gene clusters of nodularin and anabaenopeptin match corresponding genes of Nodularia spuimigena CCY9414. The biosynthetic genes of pseudospumigin have high resemblance to spumigin genecluster of Nodularia spuimigena CCY9414. Change in adenylation domain substrate specificity and deletion of three additional genes would axplain the difference between pseu-dospumigins and spumigins.
URI: URN:NBN:fi:hulib-201712195967
http://hdl.handle.net/10138/229818
Date: 2017
Subject: Anabaenopeptiini
nodulariini
Nostoc
NRPS
PKS
pseudospumigiini
syanobakteerit
Discipline: Mikrobiologia
Microbiology
Mikrobiologi


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Pro_gradu_Lassi_Heinilä__131117.pdf 2.192Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record